Mapové servery - GIS server na FŽP UJEP

Mapové servery
Novák Petr
Katedra informatiky a geoinformatiky
Fakulta životního prostředí
Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem
Prosinec 2011
1
Využití Internetu pro GIS
•
•
•
•
•
publikace geodat
sběr a aktualizace geodat
synchronizace geodat
webové mapové služby
webové analytické služby
2
Publikace geodat na internetu
Výhody:
• přístupnost široké veřejnosti
• není nutný specializovaný software
• jednoduché uživatelské rozhraní
• jednotnost uživatelského rozhraní
Nevýhody:
• omezené funkční možnosti
• náročnější implementace
• cena
• nutnost kompromisů mezi kvalitou dat, objemem, časy
odezvy
3
Možnosti publikace geodat
na internetu
• Nejjednodušší způsob publikace dat – prezentace výsledků
projektu na statické HTML stránce
• Složitější způsob je publikace geodat včetně základních
nástrojů pro ovládání pohledu, měřítka, vzhledu vrstev
• Tento model lze doplňovat o atributové, případně prostorové
dotazy
• Obvykle jsou přístupné základní funkce, kdy je uživatel
schopný označit si vybrané lokality základními editačními
nástroji a provádět dotazy nad vybranými oblastmi
• U skutečně speciálních úloh lze řešit pomocí webového
rozhraní i nejjednodušší plně formalizované a
algoritmizovatelné úlohy (nejkratší cesta, nejbližší objekty
stejné třídy prvků, výběry, topologická překrytí, ...)
4
Co je to mapový server?
• Mapový server je platforma poskytující GIS služby přes
internetovou síť.
• Nemusí jít pouze o poskytnutí dat ve formě bitmapy či
vektoru, tedy mapových výstupů, ale může jít také o
poskytnutí funkcí nad mapovými daty.
5
Setkali jsme se s ním někdy?
• Služby mapových serverů na internetu běžně používáme
• Například: Mapy.cz, mapy.atlas.cz, maps.google.cz,
geoportal.cenia.cz, portál katastru nemovitostí, atd.
6
Architektura client-server
Co je to Server?
• Hardwarový server: Jde o počítač, který poskytuje služby
klientům
• Softwarový server: Jde o program, který poskytuje služby
klientům definovaným komunikačním rozhraním
Co je to klient?
• Je to počítač, který zpracovává data ze serveru.
• Nebo to může být program, který zpracovává data poskytnutá
serverem. O tyto data si musí serveru říct (vyslat požadavek)
a zpět dostane odpověď.
7
Architektura mapových serverů
• Program poskytující geodata na principu architektury
client-server
• Přímo nekomunikuje s klientem, ale s webovým serverem,
který mapový server na internetu zaštiťuje a zpřístupňuje jeho
rozhraní pomocí standardních protokolů
• Data pro Mapový server můžou být uložena v souborovém
systému, nebo v databázi
8
Architektura mapových serverů komunikace
• Klient zašle požadavek na server. V požadavku specifikuje
například mapové vrstvy a měřítko daného území.
• Mapový server přijme požadavek a na základě parametrů
získá příslušná data z datového zdroje
• Mapový server z dat vytvoří požadovaný mapový výstup.
• Klient obdrží výsledek dotazu v požadovaném formátu
(obrázek, vektorová data, internetová stránka, …)
• Klientem mapového serveru může být i jiný mapový server
9
Vývoj GIS aplikací
• Dříve byla data umístěna výhradně na straně klienta a také
zpracování se odehrávalo výhradně na straně klienta
• V současnosti bývají data umístěna převážně vzdáleně,
případně kombinace a zpracovávají se až na straně klienta
• Budoucnost je ve zpracování i uchovávání dat na straně
serveru, tedy vzdáleně a klient obdrží pouze výsledek svého
dotazu a nijak je nezpracovává. Tento postup se nazývá SOA
(Services Oriented Architectur)
10
Používaná řešení mapových
serverů
•
•
•
•
•
•
ArcIMS od firmy Esri
ArcGis Server od firmy Esri
Geoserver (Open Source)
MapGuide od firmy Autodesk
MapXtreme od firmy Mapinfo
UMN – mapový server z univerzity v Minnesotě
(Open Source)
• a další, většinou proprietární řešení
11
UMN
•
•
•
•
Vyvíjen na University of Minnesota
Open Source projekt – zdarma i pro komerční využití
Srovnatelný s komerčními produkty
Dostupný na: http://mapserver.org
Založený na:
– webovém serveru Apache
– databázi Postgresql
– geografické rozšíření PostGIS
12
ArcGIS server
• Jde o komerční produkt společnosti Esri
• Dokáže implementovat veškeré GIS operace na serveru a ty
poté poskytuje klientům
• Založen na:
– webovém serveru IIS
– na některé z databází: Oracle, MS SQL, Informix, IBM DB2 nebo
souborová databáze
– geografické rozšíření ArcSDE
13
ArcGIS server – hlavní rysy
• Mezi hlavní rysy ArcGis Serveru patří:
–
–
–
–
–
Správa prostorových dat
Vizualizace dat
Prostorové analýzy
Editace dat na serveru
Rozšiřitelnost – pomocí přídavných modulů (nadstaveb), nebo
programových rozhraní Java a MS .NET lze funkcionalitu serveru
rozšiřovat
14
Klienti pro ArcGis Server
Tlustý klient
• ArcGis Desktop (ArcView, ArcEditor, ArcInfo)
• ArcPad
• ArcGis Mobile
Tenký klient
• ArcReader
• ArcGis Explorer Desktop– zdarma k dispozici
Webový prohlížeč
• ArcGIS Explorer Online (http://explorer.arcgis.com)
• ArcGis Online (http://arcgis.com)
• Další webové aplikace
15
Technologie webových klientů pro
ArcGis server
ArcGis Server poskytuje rozhraní pro 3 technologie spojené s
webovými prohlížeči
a) Jde o JavaScript, který je součástí každého moderního
internetového prohlížeče.
Výhodou je, že se nemusí ke klientovi nic instalovat. Ve
spojení s technologií AJAX, jde o poměrně silný nástroj.
• K dispozici je česká verze prohlížečky JavaScript Viewer
16
Technologie webových klientů pro
ArcGis server
b) Druhou podporovanou technologií je Adobe Flex. Jde o
nástroj, který pro svůj chod potřebuje RealTime prostředí
firmy Adobe, tedy Adobe Flash Player. Ten je v dnešní době
velmi rozšířen.
c) Poslední podporovanou technologií je Silverlight od
společnosti Microsoft. Také zde je potřeba speciální doplněk
do internetového prohlížeče.
Pro všechny 3 technologie se dají vytvářet aplikace komunikující
s ArcGie Serverem. Každá z nich má své výhody i nevýhody.
17
Standardy spojené s mapovými
servery
Pro komunikaci mezi mapovým serverem a klientem je třeba
definovat dva základní protokoly.
• Formát, ve kterém si budou data posílat, tedy datové formáty
• Způsob výměny dat, tedy formát samotné komunikace
18
Datové formáty
Rastrový
• na serveru se dle požadavku klienta z rastrových a
vektorových dat vygeneruje mapový výřez, jako obrázek se
odešle klientovi
• technologicky jednodušší
• velký datový objem, velké objemy zbytečných nebo
duplicitních dat
• omezené možnosti změn vzhledu
• běžné rastrové formáty – musí umět prohlížeč – JPEG, TIFF,
GIF, PNG, ...
19
Datové formáty
Vektorový
• server na základě požadavku klienta připraví množinu
geoprvků (pouze vektorová data), provede případný ořez a
zašle klientovi
• technologicky náročnější
• proprietární nebo otevřený formát => nutné aby prohlížeč
dokázal data interpretovat (ESRI Coverage, ESRI Shape File,
ArcXML, ...)
• Otevřené formáty GML, KML (Google Earth), XML, SVG, ...
20
GML - Geographic Markup
Language
• geografický značkovací jazyk – OGC
• jazyk pro modelování, přenos a ukládání prostorových dat
včetně jejich prostorových a neprostorových vlastností
• je navržen zejména pro potřeby WWW a síťových služeb a
používá proto jazyk XML, pro který je vytvořeno mnoho
nástrojů. XML je na WWW standardem
• uživatelé se mohou rozhodnout, zda ukládat data přímo ve
formátu GML nebo je konvertovat z jiného formátu pouze pro
účely transportu
21
Komunikační technologie
• Aby si spolu obě komunikující strany, tedy klient i server,
rozuměli, musí obě podporovat stejný komunikační protokol a
dohodnout se na jeho používání.
Používané komunikační protokoly:
• SOAP (středně těžké aplikace – .NET, Java, …)
• REST (lehké aplikace – JavaScript, PHP, Perl …)
• OGC (aplikace odpovídající OGC standardům)
–
–
–
–
–
WMS
WFS
WCS
GML
…
22
OGC standardy
• Open Geospatial Consortium Inc.® (OGC) je nezisková
mezinárodní organizace s dobrovolným členstvím, která vede
vývoj standardů pro geoprostorové a lokalizační služby.
http://www.opengeospatial.org/
•
Členy jsou například ESRI, Oracle, Microsoft, Mapinfo,
Autodesk, Bentley
Řada standardů velice rozšířena (GML, Simple Features
•
Spec for SQL), nás aktuálně zajímají standardy pro webové
služby.
•
Definují standardizovaný požadavek klienta a odpověď
serveru na daný požadavek.
23
WMS – Web Map Service
• nejběžněji využívanou specifikací OGC konsorcia
• poskytuje mapy v rastrovém formátu (server se službou WMS
nemusí obsahovat pouze rastrová data, ale také vektorová
data, často uložená v DBMS)
• server po požadavku klienta na mapový obsah, vybere
potřebná prostorová data a z těchto pak vygeneruje rastrový
obraz, který odešle klientovi
• lze volit kombinaci vrstev, výsledný souřadnicový systém,
parametry výřezu, rastrový formát výsledku
• většina moderních sw pro GIS umožňuje integraci WMS
vrstev
24
WMS – Web Map Service
• výhody: není nutné data spravovat, aktualizovat, stačí
využívat externí službu (zdarma nebo zpoplatněnou)
• nevýhody: může být pomalejší a nedostupné v závislosti na
dostupnosti služby nebo připojení
25
WMS – Web Map Service
• Základní typy dotazů (dle OGC)
– GetMap - Tento typ dotazu lze považovat za hlavní (primární), a to z
toho důvodu, že klientovi zpřístupní mapu ve formě obrazových dat v
určitém formátu. Požadavek v URL musí obsahovat parametr
REQUEST=GetMap.
– GetCapabilities - Pokud daný klient nezná možnosti a vlastnosti
nabízených dat, což se skoro ve všech případech děje, musí tyto
možnosti zjistit. Proto klient při první komunikaci se serverem sestaví
GetCapabilities dotaz. Požadavek musí obsahovat parametr
REQUEST=GetCapabilities. Specifikace vyžaduje ještě jeden povinný
parametr SERVICE=WMS
– GetFeatureInfo - Tento typ dotazu vrací klientovi XML soubor s
atributy daného prvku na mapě o určitých souřadnicích. Požadavek
musí obsahovat parametr REQUEST= GetFeatureInfo.
26
WFS- Web Feature Service
• použití pro zobrazování, dotazování a manipulaci s
vektorovými geoprvky
• povinně musí služba umožňovat získávat informace o
struktuře dat (GetCapabilities), získat (vyfiltrované) prvky
(GetFeature) a získat atributová data vybraných geoprvků
(DescribeFeatureType)
• volitelně (pokud to umožňuje software a úložiště dat) lze
geoprvky vkládat, mazat a editovat
27
WFS- Web Feature Service
• klient se dotáže na strukturu poskytovaných dat
• server mu jí vrátí (ve formátu XML)
• klient se dotáže na vybrané prvky (na základě atributu,
prostorového umístění)
• server vrátí geometrii i atributy geoprvků ve formátu GML
28
WCS – Web Coverage Service
• WCS se využívá pro přenos datových vrstev přes internet
• umožňuje přenos dat v původním formátu zároveň s metadaty
potřebnými pro interpretaci
• v současné době jsou podporována pouze rastrová data,
připojení vektorových dat se plánuje v blízké budoucnosti.
• tato služba hraje důležitou roli pro standardizovaný přenos
satelitních dat – vyžádání snímků konkrétní oblasti k
požadovanému datu
29
WPS – Web Processing Service
• pracují s prostorově orientovanými daty
• data požadována touto službou mohou být dostupná lokálně
nebo mohou být přístupná přes síť s využitím výměnných
standardů, jako například Geography Markup Language
(GML) nebo Geolinked Data Acces Service (GDAS).
• umožňuje využívat funkce GIS software na serveru pomocí
GIS klienta
30
Otevřené x proprietární standardy
• Pokud server i klient plně dodržují určitý standard , lze je bez
potíží společně používat.
• „Zaklínadlo“ moderních GIS – interoperabilita. Výrobci si
začínají uvědomovat že pouze dodržováním otevřených
standardů dokáží navzájem sdílet geodata jiných systémů a
integrovat je právě do toho svého.
31
Publikace dat na mapový server
• Projekt, který chcete publikovat na ArcGis Server musí
splňovat jistá kritéria
• Měl by být také optimalizován pro rychlé zobrazování
• Zásady pro tvorbu dokumentů pro mapové služby jsou k
dispozici na adrese:
http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/
Publishing_map_services/00sq00000018000000/
32
Krok 1: zorganizujte si data
Nepoužíváte-li geodatabázi, uchovávejte všechny vrstvy,
které budete chtít publikovat v jedné složce.
Mapové služby jiných serverů (např. WMS, WFS, ..) můžete
používat běžným způsobem.
• Určete data, která budou sloužit jako podkladové mapy
– Statická rastrová data
– Statická vektorová data
• Určete operační vrstvy – ty bude třeba rozdělit do
samostatných dokumentů
– Data s dynamickým obsahem
33
Krok 2: Připravte si podklady v
ArcGis desktop
•
•
•
•
•
Uspořádejte vrstvy do logických skupin
Odstraňte vrstvy které jsou přebytečné
Vrstvám nadefinujte symboliku
Vrstvám nadefinujte vhodná měřítková omezení
Používejte stejný souřadnicový systém
34
Krok 3: Odstraňte případné chyby
v mapovém dokumentu
• Pouze od verze ArcGis Desktop 9.3.1
• Nástroj Map Service Publishing
(View / Toolbars / Map Service Publishing)
• Tlačítko Analyze map zobrazuje přehled chyb a varování
• V kontextovém menu program nabízí nápovědu k dané chybě
a případně i možnost problém přímo vyřešit.
35
Krok 4: Optimalizujte mapový
dokument
• Podle potřeby nastavte možnosti vyhlazení prvků a popisků
(anti-aliasing)
• Nastavte měřítková omezení pro příslušné vrstvy
• Pomocí tlačítka Preview Map uvidíte náhled mapy, jak bude
vypadat na webovém serveru, včetně rychlosti vykreslování
36
Krok 5: Uložit k publikaci
• Pomocí tlačítka Save Map Service Definition uložte MSD
soubor, který potom se všemi vrstvami (v jednom adresáři)
může být publikován na ArcGis Serveru
• Budete-li mít práva k publikování na ArcGis Serveru, můžete
projekt publikovat přímo z ArcGis Desktop nebo Arc Catalog
tlačítkem Publish To ArcGis Server
37
Správa Mapového serveru
• Mapové projekty na ArcGis Serveru jsou spravovány přes
internetové rozhraní (ArcGis Server Manager) nebo přes
ArcCatalog
• Pro správu projektů na serveru je třeba mýt vytvořen účet s
oprávněním agsadmin
38
Závěr
• Mapové servery
– Pracují na architektuře client-server
– Standardy pro ukládání dat
– Standardy komunikačních protokolů OGC (WMS, WFS, …)
• Publikace na ArcGis Serveru
– ukládat data do jedné složky či geodatabáze
– optimalizovat data pro rychlejší zobrazování
– pomocí nástroje Analyze map na panelu Map Service Publishing
zkontrolovat chyby a varování a opravit je
– Pomocí tlačítka Save Map Service Definition uložit projekt ve formátu
MSD pro publikaci na ArcGis Serveru
39